LON:一文解讀零知識證明最新進展：RedShift紅移算法

伴隨著區塊鏈的技術發展，零知識證明（ZKP，Zero Knowledger Proof）技術先后在隱私和 Layer2 擴容領域得到越來越多的應用，技術也在持續的迭代更新。從需要不同的 Trust Setup 的 ZKP（例如Groth16），到需要一次 Trust Setup 同時支持更新的 ZKP（例如Plonk），再到不需要 Trust Setup 的 ZKP（例如 STARK），ZKP 算法逐漸走向去中心化，從依賴經典 NP 問題，到不依賴任何數學難題，ZKP 算法逐漸走向抗量子化。

我們當然希望，一個不需要 Trust Setup 同時也不依賴任何數學難題、具有抗量子性的 ZKP 算法也具有較好的效率和較低的復雜度（STARK 的證明太大），它就是 REDSHIFT。

DegenReborn 72小時公測參與付費地址數超1.7萬，將于下周啟動NFT鑄造:3月24日消息，先鋒輕游戲DegenReborn在3月17日開放的72小時Beta測試中，吸引了超過1.7萬個付費地址參與，交易額為393.99BNB。測試期間，DegenReborn在BNB Chain Gas消耗榜上排名第四位。[2023/3/24 13:25:04]

《REDSHIFT: Transparent SNARKs from List Polynomial Commitment IOPs》，從名字可以可出，它是基于 List 多項式承諾且具有透明性的 SNARK 算法。算法本身和 PLONK 有大部分的相似之處，唯一不同的是多項式承諾的原語不同。下面先簡單的通過一張表格來展示 REDSHIFT 和 PLONK 算法的異同之處，具體如下：

數據：Voyager本月從Coinbase轉移約1.54億USDC:金色財經報道，鏈上數據顯示Voyager的資產正在流動。根據交易記錄，本月約有1.544億美元的USDC從Coinbase轉移到關閉的交易所的“Voyager1”以太坊錢包。

Web3分析公司Arkham Intelligence表示，Voyager一直在“以每周1億美元左右的速度”出售資產。它補充說，該公司“在兩個非常大的錢包里有7億美元”。據Arkham稱，Voyager錢包包含2.68億美元的ETH、2.36億美元的USDC和另外7700萬美元的SHIB。[2023/2/28 12:33:18]

Avalanche基金會為交易平臺GMX推出400萬美元獎勵計劃:金色財經報道，Avalanche Foundation將為去中心化交易平臺GMX提供價值400萬美元的AVAX代幣獎勵。這些激勵措施來自Avalanche Rush，這是一個1.8億美元的流動性激勵計劃，旨在增加其智能合約平臺上DeFi應用程序的流動性和用戶。GMX是一個去中心化的交易所，提供關于Avalanche和另一個擴展協議Arbitrum的現貨和永久期貨合約。

雪崩基金會在一份聲明中表示，這400萬美元的AVAX代幣將在多個月的時間框架內分發，并與建立在GMX之上的合作平臺一起分發。合作伙伴平臺包括交易所TraderJoe、YieldYak和Dopex。（the block）[2022/11/8 12:29:35]

因此，只要對 PLONK 算法有深入了解的讀者，相信再理解 REDSHIFT 算法，將是一件相對簡單的事。ZKSwap團隊在此之前已經對 PLONK 算法進行了深入的剖析，我們在文章《零知識證明算法之 PLONK --- 電路》詳細的分析了 PLONK 算法里，關于電路部分的詳細設計，包括表格里的《Statement -> Circuit -> QAP》過程，并且還詳細描述了 PLONK 算法里，關于“Permutation Check”的原理及意義介紹，文章零知識證明算法之 PLONK --- 協議對 PLONK 的協議細節進行了剖析，其中多項式承諾（ Polynomial Commitment）在里面發揮了重要的作用：保持確保算法的簡潔性和隱私性。

Injective主網將進行升級以創建合約層:金色財經消息，Injective官方發推稱，Injective主網將在幾小時后進行升級，以在Injective區塊鏈創建首個合約層。[2022/7/5 1:52:00]

我們知道，零知識證明算法的第一步，就是算術化（Arithmetization），即把 prover 要證明的問題轉化為多項式等式的形式。如若多項式等式成立，則代表著原問題關系成立，想要證明一個多項式等式關系是否成立比較簡單，根據 Schwartz–Zippel 定理可推知，兩個最高階為 n 的多項式，其交點最多為 n 個。

換句話說，如果在一個很大的域內（遠大于 n）隨機選取一個點，如果多項式的值相等，那說明兩個多項式相同。因此，verifier 只要隨機選取一個點，prover 提供多項式在這個點的取值，然后由 verifier 判斷多項式等式是否成立即可，這種方式保證了隱私性。

然而，上述方式存在一定的疑問，“如何保證 prover 提供的確實是多項式在某一點的值，而不是自己為了能保證驗證通過而特意選取的一個值，這個值并不是由多項式計算而來？”為了解決這一問題，在經典 snark 算法里，利用了 KCA 算法來保證，具體的原理可參見 V 神的 zk-snarks 系列。在 PLONK 算法里，引入了多項式承諾（Polynomial Commitment）的概念，具體的原理可在“零知識證明算法之 PLONK --- 協議”里提到。

簡單來說，算法實現了就是在不暴露多項式的情況下，使得 verifier 相信多項式在某一點的取值的確是 prover 聲稱的值。兩種算法都可以解決上述問題，但是通信復雜度上，多項式承諾要更小，因此也更簡潔。

下面將詳細介紹 REDSHIFT 算法的協議部分，如前面所述，該算法與 PLONK 算法有很大的相似之處，因此本篇只針對不同的部分做詳細介紹；相似的部分將會標注出來方便讀者理解，具體如下圖所示：

協議的 1-6 步驟在 PLONK 的算法設計里都有體現，這里著重分析一下后續的第 7 步驟。

在 PLONK 算法里，prover 為了使 verifier 相信多項式等式關系的成立，由 verifier 隨機選取了一個點，然后 prover 提供各種多項式（包括 setup poly、constriant ploy、witness poly）的 commitment，由于使用的 Kate commitment 算法需要一次 Trust Setup 并依賴于離散對數難題，因此作為 PLONK 算法里的子協議，PLONK 算法自然也需要 Trust Setup 且依賴于離散對數難題。

在 REDSHIFT 協議里，多項式的 commitment 是基于默克爾樹的（簡單講，計算多項式在域 H 上的所有值，并當作默克爾樹的葉子節點，最終形成的根，即為 commitment）。若 prover 想證明多項式在某一個或某些點的值，證明方只需要根據這些值插值出具體的多項式，然后和原始的多項式做商并且證明得到商也是個多項式（階是有限制的）即可。

當然為了保護隱私，需要對原始多項式做隱匿處理，類似于上圖協議中的第一步。在實際設計中，為了方便 FRI 協議的運行，往往設計原始多項式的階 d = 2^n + k (其中 k = log(n)）。

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